Studie avslöjar detaljer om invecklade visuella nätverksformer hos möss

Studie avslöjar detaljer om invecklade visuella nätverksformer hos möss

En ny studie på möss har avslöjat aldrig tidigare sett detaljer om hur det invecklade visuella nätverket bildas inom dem. Denna forskning kan ge information om framtida forskning om behandling av medfödd blindhet. Men med tanke på parallellerna mellan biologisk neural vävnad och digital artificiell intelligens kan denna forskning också hjälpa mjukvaruutvecklare att skapa bättre och mer universella artificiell intelligens.

Om du kunde se den nätliknande naturen hos nervcellerna och strukturerna som utgör djurens hjärnor och sensoriska system, kanske du tror att det bara var en slumpmässig, komplicerad röra. Men forskare som neuroforskare kan titta på detta kaos och inte bara härleda diskreta strukturer, utan också bestämma deras funktioner. Nyligen studerade professor Kenichi Ohki och biträdande professor Tomonari Murakami från Institutionen för fysiologi vid University of Tokyo och deras team en speciell formation för att lära sig hur den bildas -; synsystemet.

Ögonen, vissa delar av hjärnan och det neurala nätverk som förbinder dem bildar synsystemet. En grov analogi kan vara en kamera ansluten med en kabel till en skärm som ditt medvetna jag kan observera. Men en korrekt biologisk beskrivning av detta system är extremt komplicerad."

Tomonari Murakami, biträdande professor, Institutionen för fysiologi, Tokyos universitet

Murakami tillägger: "Det finns ett stort antal visuella kortikala områden ordnade i lager som bildar en slags hierarkisk struktur. Den här idén är inte ny, men det var inte känt hur kopplingar existerar mellan de tidiga stadierna av detta nätverk, eller primära områden och områden involverade i bearbetning av visuella signaler, eller högre visuella kortikala områden, bildas under utveckling. Vi ville ta reda på hur detta händer."

Teamet studerade utvecklingen av visuella system hos möss. I synnerhet tittade de på områden som kallas kortikala och thalamiska regioner. Genom att observera hur nätverk av neuroner i dessa regioner utvecklades i nyfödda möss och när dessa nätverk blev aktiva, kunde teamet mer allmänt beskriva mekanismerna som styr tillväxten av det visuella systemet.

"När vi kartlade det ständigt täta nätverket av anslutningar i tid, hoppade något ut som förvånade oss," sa Murakami. "Vi förväntade oss att det visuella nätverket skulle bilda många kopplingar mellan kortikala områden först, vilket återspeglar den hierarkiska strukturen i hela systemet. Men i själva verket bildas parallella neurala banor från näthinnan i ögonen som leder till de kortikala områdena tidigare än så här." mellan kortikala områden. Detta nya faktum förändrar vad vi vet om detta område av kortikal utveckling."

Denna studie genomfördes inte bara för att tillfredsställa nyfikenhet, utan också för att grundforskning av detta slag kan ligga till grund för framtida medicinsk forskning som kan förbättra människors liv: i det här fallet teamets hypotes att deras forskning på möss sannolikt kan förklara visuell utveckling hos primater, inklusive människor. Och detta kan i sin tur hjälpa forskare som vill behandla medfödd blindhet.

"Det finns ett annat forskningsområde som också kan lära av det vi gjorde här," sa Ohki. "Artificiell intelligens är ofta baserad på digitala artificiella neurala nätverk. Dessa är vanligtvis uppbyggda i flera lager, vilket kan ge dem komplexa funktioner. Men nu när vi har visat att åtminstone vissa biologiska neurala system utvecklar parallella strukturer före flerlagers, kan mjukvaruingenjörer inspireras att experimentera med nya designmetoder. Det är tänkbart att detta kan hjälpa dem att skapa universella kapslar. lösa ett brett spektrum av problem.

Källa:

Tokyos universitet

Hänvisning:

Murakami, T., et al. (2022) Modulär strategi för att utveckla det hierarkiska visuella nätverket hos möss. Natur. doi.org/10.1038/s41586-022-05045-w.

.